Số liệu sử dụng là số liệu dòng chảy mùa cạn từ 01/01 đến 31/05 năm 2008 và 2009. Yêu cầu số liệu đầu vào của mô hình gồm lưu lượng tại các biên trên, các trạm ở khu giữa và các trạm hạ lưu. Theo yêu cầu đó, số liệu lưu lượng trung bình ngày tại các trạm thu thập được liệt kê trong bảng 3.2, bảng 3.3
Bảng 3.2 Bảng thống kê các trạm thủy văn ở biên trên.
TT Trạm Sông Thời gian
1 Lưu lượng đến hồ Hòa Bình Đà 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 2 Hòa Bình (Bến Ngọc) Đà 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 3 Yên Bái Thao 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 4 Thanh Sơn Bứa 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 5 Lưu lượng đến hồ Thác Bà Chảy 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 6 Lưu lượng ra hồ Thác Bà Chảy 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 7 Hàm Yên Lô 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 8 Lưu lượng đến hồ Tuyên Quang Gâm 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 9 Lưu lượng ra hồ Tuyên Quang Gâm 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 10 Quảng Cư Phó Đáy 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009
Trong đó, thời gian từ 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 dùng để hiệu chỉnh mô hình, thời gian từ 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 dùng để kiểm định mô hình
Số liệu tại các trạm ở khu giữa và hạ lưu dùng để kiểm tra ở các đoạn sông diễn toán được thông kê trong bảng 3.3
Bảng 3.3 Bảng thống kê các trạm thủy văn ở khu giữa và hạ lưu.
TT Trạm Sông Thời gian 1 Ghềnh Gà Lô 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 2 Vụ Quang Lô 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 3 Sơn Tây Hồng 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 4 Hà Nội Hồng 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 5 Thượng Cát Đuống 01/01/2008 ÷ 31/05/2008 01/01/2009 ÷ 31/05/2009 3.2.2 Số liệu đặc trưng hồ chứa. [5]
Số liệu đặc trưng của 3 hồ; Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang được thống kê trong bảng 3.4, bảng 3.5, bảng 3.6
Bảng 3.4 Quan hệ Z ~ V ~ F hồ Tuyên Quang
TT Z (m) V (103m3) F (103m2) TT Z (m) V (103m3) F (103m2) 1 39.2 0 0 13 100 973000 4835 2 45 1000 11 14 105 1235000 5630 3 50 3000 127 15 110 1534000 6057 4 55 11000 202 16 115 1875000 7281 5 60 26000 391 17 120 2260000 8149 6 65 52000 685 18 125 2693000 9154 7 70 98000 1155 19 130 3183000 10475 8 75 171000 1773 20 135 3736000 11673 9 80 273000 2319 21 140 4351000 12933 10 85 402000 2880 22 145 5027000 14116 11 90 561000 3471 23 150 5765000 15410 12 95 750000 4105
Bảng 3.5 Quan hệ Z ~ V ~ F hồ Thác Bà TT Z (m) V (103m3) F (103m2) TT Z (m) V (103m3) F (103m2) 1 20 0 0 6 50 1337800 159700 2 30 16500 5000 7 55 2250500 206300 3 35 81100 23100 8 60 3395600 252400 4 40 273800 56100 9 65 4766200 296400 5 45 675600 106900 10 70 6355800 340000 Bảng 3.6 Quan hệ Z ~ V ~ F hồ Hòa Bình TT Z (m) V (103m3) F (103m2) TT Z (m) V (103m3) F (103m2) 1 25 322000 1930 9 104 7420000 17350 2 50 1222000 5580 10 110 8520000 18650 3 75 3215000 10620 11 115 9450000 19830 4 80 3800000 11900 12 120 10480000 21750 5 85 4360000 13200 13 125 11526000 23770 6 90 5089000 14470 14 135 14007000 25850 7 94 5700000 15200 15 150 19005000 39680 8 100 6634000 16400 3.2.3 Chỉnh lý số liệu.
Số liệu lưu lượng trung bình ngày tại các trạm thủy văn được lấy theo số liệu thực đo.
Mô hình diễn toán hồ chứa (mô hình Specified Release) có hạn chế là không đưa được vào một số thành phần trong phương trình cân bằng hồ chứa như Bốc hơi và mưa khu giữa. Nên luận văn lấy số liệu lưu lượng đến các hồ do Trung tâm dự báo Trung ương cung cấp và được xử lý như sau:
tonthat khugiua thuongluu den Q Q Q Q = + − (3.1) Trong đó:
Qden là lưu lượng đến hồ
Qthuongluu là lưu lượng ở trạm thượng lưu
Qkhugiua tính từ lượng mưa khu giữa
Lưu lượng ở trạm thượng lưu đối với hồ Hòa Bình là Trạm Tạ Bú (sông Đà), đối với hồ Thác Bà là trạm Bảo Yên (sông Chảy), đối với hồ Tuyên Quang là trạm Bắc Mê (sông Gâm) và trạm Đầu Đẳng (sông Năng).
Lượng mưa khu giữa được tính từ các trạm khí tượng, thủy văn và các trạm đo mưa xung quanh hồ, thống kê trong bảng 3.7.
Lượng bốc hơi được tính từ các trạm đo bốc hơi xung quanh hồ, thống kê trong bảng 3.7. Lượng thấm được lấy theo giá trị cố định được thống kê trong bảng 3.7.
Bảng 3.7 Bảng thống kê các trạm đo mưa, bốc hơi, lượng thấm của các hồ
Tên hồ Tên trạm đo mưa đTên tro bốc hạm ơi Lthượấm ng
Hòa Bình
Tạ Bú, Vạn Yên, Tà Hộc, Mộc Châu, Sơn La, Phù Yên, Cò Nòi, Yên Châu, Thuận Châu, Chiềng Mai, Tà Nàng, Km22, Km46, Bản Chiềng, Hòa Bình
Trạm đo bốc hơi trên lòng hồ
5m3/tháng
Thác Bà Bảo Yên, Thác Bà, Lào Cai, Mường Khương, Bắc Hà, Hoàng Su Phì
Bảo Yên
Tuyên Quang
Bảo Lạc, Bắc Mê, Đầu Đẳng, Na Hang, Chiêm Hóa, Mèo Vạc, Đồng Văn, Yên Minh, Chợ rã
Lưu lượng ra khỏi hồ; đối với hồ Hòa Bình lấy số liệu lưu lượng của trạm Bến Ngọc, đối với hồ Thác Bà và hồ Tuyên Quang lấy số liệu tính toán lưu lượng qua đập của nhà máy.
Ngoài ra mô hình còn tính được mực nước tại các trạm thông qua đường quan hệ Q = f(H) thực đo.
3.3. ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU.
Trong mô hình HEC-HMS, phần diễn toán hồ chứa và diễn toán trong các đoạn sông thì điều kiện biên là đường quá trình lưu lượng đến các hồ chứa và đường quá trình lưu lượng đo đạc tại các trạm thủy văn ở thượng lưu, được sơ đồ hóa trong mô hình thông qua các điểm nguồn (Source). Điều kiện ban đầu được sử
dụng trong mô hình diễn toán là mực nước hoặc dung tích hồ tại đầu thời đoạn tính toán.
Các điều kiện biên trong khu vực nghiên cứu bao gồm; đường Q~t đến hồ Hòa Bình, hồ Thác Bà, hồ Tuyên Quang, đường Q~t tại các trạm Yên Bái, Thanh Sơn, Hàm Yên, Quảng Cư.
Các điều kiện ban đầu trong khu vực nghiên cứu bao gồm mực nước của 3 hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang ở đầu thời đoạn tính toán.
3.4. HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH.
3.4.1. Lựa chọn mô hình.
a) lựa chọn mô đun diễn toán hồ chứa.
Trong HEC-HMS cung cấp 3 mô đun diễn toán hồ chứa; mô đun dòng ra theo dạng quan hệ (Outflow Curve), mô đun dòng ra theo dạng cấu trúc (Outflow Structures) và mô đun theo lý thuyết (Specified Release).
Mô đun Outflow Curve chỉ phù hợp với dạng hồ chứa với dòng ra không có sự điều khiển của con người, tuy nhiên trong thực tế dòng ra của 3 hồ nghiên cứu trong luận văn đều có sự điều khiển của con người. Mô đun Specified Release đã khắc phục được điều này bằng cách cho phép đưa vào mô hình đường quá trình Q~t của dòng ra để tính toán cân bằng hồ chứa. Nhưng nhược điểm của 2 phương pháp này là không đưa được thành phần bốc hơi và tổn thất để tính toán cân bằng hồ chứa.
Mô đun Outflow Structures, có thể nói là một mô hình khá đầy đủ và hoàn chỉnh cho bài toán cân bằng hồ chứa. Trong mô hình này cho phép đưa được cấu trúc của đập như; hình dạng các cửa xả mặt, cửa xả đáy chiều cao đập và đưa được thành phần bốc hơi và tổn thất vào mô hình để tính toán cân bằng hồ chứa. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn không có số liệu của nhà máy về quá trình điều khiển của các cửa xả, nên mô hình không thể tính được lưu lượng qua các cửa xả đó.
Do vậy luận văn chọn mô đun Specified Release để diễn toán hồ chứa và để áp dụng mô đun này tác giả đã xử lý số liệu đầu vào được trình bày ở mục 3.2.3
b) lựa chọn mô đun diễn toán trong sông.
Như đã trình bày ở chương 2, trong HEC-HMS có 5 mô hình diễn toán dòng chảy trong sông; mô hình sóng động học (Kinematic Wave), mô hình Muskingum, mô hình Muskingum-Cunge, mô hình Modified Puls và mô hình Lag.
Mỗi mô hình có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong khuôn khổ của luận văn là diễn toán dòng chảy trong sông trong thời gian mùa kiệt, tốc độ truyền sóng lũ không thay đổi nhiều. Do đó trong luận văn, khi diễn toán dòng chảy trong các đoạn sông tác giả đã chọn mô hình Lag, vì mô hình Lag đơn giản, hiệu chỉnh thông số nhanh mà vẫn cho kết quả tốt.
3.4.2. Hiệu chỉnh thông số mô hình.
Số liệu dùng để hiệu chỉnh mô hình là chuỗi số liệu dòng chảy từ 01/01/2008 đến 31/05/2008.
Trong khuôn khổ của luận văn chỉ nghiên cứu khu vực từ 3 hồ Hòa Bình, hồ thác Bà và hồ tuyên quang về đến trạm thủy văn Hà Nội. Mặt khác, diễn toán dòng chảy trong các đoạn sông là mô hình Lag, nên chỉ hiệu chỉnh thông số thời gian trễ (lag) cho từng đoạn sông.
Các đoạn sông diễn toán trong sơ đồ tính không đủ trạm đo, tức là không có đường quá trình dòng vào và đường quá trình dòng ra ở mỗi đoạn sông. Do vậy, lúc đầu ước lượng thời gian trễ (lag) dựa vào khoảng cách giữa các đoạn sông, sau đó đưa vào mô hình và tiến hành hiệu chỉnh thông số này bằng phương pháp thử sai. So sánh đường quá trình dòng chảy tính toán với đường quá trình dòng chảy thực đo và đánh giá độ hữu hiệu của mô hình bằng chỉ tiêu Nash. Kết quả hiệu chỉnh thông số thời gian trễ (lag) cho các đoạn sông được thống kê ở bảng 3.8, độ hữu hiệu của mô hình được thông kê tại bảng 3.9.
Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho thấy; tại 3 hồ chứa (hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang) được trình bày trong hình 3.2 đến hình 3.4 và trong bảng 1.1, 1.2, 1.3 phụ lục 1 qua đó có thể thấy đường mực nước hồ tính toán phù hợp với đường mực nước hồ thực đo. Còn kết quả diễn toán tại các đoạn sông được trình bày tại hình 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 và trong bảng 1.4 phụ lục 1.
Bảng 3.8 Kết quả hiệu chỉnh thông số thời gian trễ lag
TT Đoạn sông diễn toán Sông
Khoảng cách (km)
Lag (Min)
1 Hồ Hòa Bình – NB (S.Đà, S.Thao) Đà 49.0 720 2 Yên Bái – NB (S.Đà, S.Thao) Thao 92.0 1320
3 Thanh Sơn – NB (S.Đà, S.Thao) Bứa 49.5 1080 4 Hồ Thác Bà – NB (S.Lô, S.Chảy) Chảy 27.0 600 5 Hàm Yên – NB (S.Lô, S.Gâm) Lô 28.0 600
6 Hồ Tuyên Quang – NB (S.Lô, S.Gâm) Gâm 65.0 1000 7 NB (S.Lô, S.Gâm) – Ghềnh Gà Lô 5.0 80
8 Ghềnh Gà – NB (S.Lô, S.Chảy) Lô 45.0 720
9 NB (S.Lô, S.Chảy) – Vụ Quang Lô 12.5 200 10 Vụ Quang – NB (S.Thao, S.Lô) Lô 43.5 720 11 Quảng Cư – NB (S.Thao, S.Lô) Phó Đáy 30.0 600 12 NB (S.Đà, S.Thao) – NB (S.Thao, S.Lô) Thao 12.0 200 13 NB (S.Thao, S.Lô) – Sơn Tây Hồng 15.0 260 14 Sơn Tây – NB Đuống Hồng 39.5 720
15 NB Đuống – Thượng Cát Hồng 1.5 30
16 NB Đuống – Hà Nội Hồng 5.0 100
Bảng 3.9 Kết quả độ hữu hiệu khi hiệu chỉnh mô hình theo chỉ tiêu Nash
TT Tên trạm Nash 1 Ghềnh Gà 0.91 2 Vụ Quang 0.85 3 Sơn Tây 0.90 4 Hà Nội 0.83 5 Thượng Cát 0.78
Qua đó có thể thấy, nói chung về dạng đường quá trình lưu lượng và mực nước tính toán và thực đo là phù hợp, kết quả đánh giá theo chỉ tiêu Nash khá tốt từ 0.78 đến 0.91. Tuy nhiên, về tổng lượng dòng chảy tại các trạm kiểm tra ở khu giữa và tại 2 trạm Hà Nội, Thượng Cát đều thiếu hụt. Vấn đề này là do lượng gia nhập khu giữa ở các đoạn sông từ thượng lưu về hạ lưu chưa được xét đến đầy đủ.
Hình 3.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại hồ Hòa Bình năm 2008.
Hình 3.4 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại hồ Tuyên Quang năm 2008.
Hình 3.6 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Vụ Quang năm 2008.
Hình 3.8 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Hà Nội năm 2008.
3.5. KIỂM NGHIỆM MÔ HÌNH.
Số liệu dùng kiểm nghiệm mô hình là chuỗi số liệu lưu lượng tại các trạm từ 01/01/2009 đến 31/05/2009. Với bộ thông số đã lựa chọn cho các đoạn sông như ở bảng 3.7, kết quả diễn toán tại 3 hồ chứa được trình bày tại hình 3.10 đến hình 3.12 và bảng 2.1, 2.2, 2.3 phụ lục 2. Kết quả diễn toán ở các đoạn sông được trình bày tại hình 3.13 đến hình 3.17 và bảng 2.4 phụ lục 2. Độ hữu hiệu của kiểm nghiệm mô hình tính theo chỉ tiêu Nash được thống kê tại bảng 3.10.
Bảng 3.10 Kết quả độ hữu hiệu khi kiểm nghiệm mô hình theo chỉ tiêu Nash
TT Tên trạm Nash 1 Ghềnh Gà 0.91 2 Vụ Quang 0.93 3 Sơn Tây 0.97 4 Hà Nội 0.91 5 Thượng Cát 0.93
Kết quả kiểm nghiệm mô hình cũng cho thấy; kết quả diễn toán tại 3 hồ rất tốt, kết quả diễn toán tại các đoạn sông về dạng đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo là phù hợp, kết quả đánh giá mô hình theo chỉ tiêu Nash rất tốt từ 0.91 đến 0.97. Còn về tổng lượng dòng chảy tại các trạm kiểm tra ở khu giữa và tại 2 trạm Hà Nội, Thượng Cát vẫn thiếu hụt.
Hình 3.10 Kết quả kiểm nghiệm mô hình tại hồ Hòa Bình năm 2009.
Hình 3.12 Kết quả kiểm nghiệm mô hình tại hồ Tuyên Quang năm 2009.
Hình 3.14 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Vụ Quang năm 2009.
Hình 3.16 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Hà Nội năm 2009.
3.6. ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA CÁC HỒ CHỨA TRONG MÙA KIỆT.
Có thể sử dụng HEC-HMS để khôi phục dòng chảy sau hồ chứa và từ đó đánh giá vai trò của của các hồ chứa thượng nguồn sông Hồng trong mùa kiệt.
Trong thời gian mùa kiệt, đối với các hồ chứa, ngoài nhiệm vụ phát điện còn phải điều tiết chống hạn cho hạ du, cung cấp nước tưới cho ngành Nông nghiệp.
Bảng 3.11. Lịch thời vụ vụ chiêm xuân ở đồng bằng sông Hồng [5]
Lúa chiêm
Thời đoạn Từ ngày Đến ngày Số ngày
Làm đất - Gieo cấy (Làm ải) 20/I 9/II 20 Cấy- Đẻ nhánh 10/II 17/III 35
Đẻ nhánh – Làm đòng 18/III 17/IV 30 Làm đòng- Trỗ bông 18/IV 23/V 35
Trỗ bông – Chín vàng 24/V 23/VI 30
Cây màu
Gieo – Mọc 3 lá 10/II 24/II 15
3 lá- Trỗ cờ 25/II 24/IV 60
Trỗ cờ-Chín sữa 25/IV 24/V 30
Chín sữa- chín vàng 25/V 8/VI 15
Hiện nay, để chống hạn cho hạ du trong thời kỳ mùa kiệt, thì mực nước tại Hà Nội duy trì từ 2.3 m đến 2.5 m (đối với vụ chiêm xuân năm 2010 đề nghị là 2.2m). Số liệu thực đo và kết quả tính toán của năm dùng để hiệu chỉnh mô hình (năm 2008) và năm dùng để kiểm nghiệm mô hình (năm 2009) trong thời gian điều tiết, ứng với mực nước tại Hà Nội ≥ 2.2 m, được thống kê tại bảng 3.12 và 3.13.
Để thấy rõ vai trò điều tiết của 3 hồ chứa thượng nguồn sông Hồng ảnh hưởng đến mực nước tại Hà Nội trong thời kỳ mùa kiệt, luận văn đã tính toán và so